球墨鑄鐵鐵型覆砂工藝產(chǎn)品皮下氣孔解決措施

李文生

（山西東鑫衡隆機械制造股份有限公司，山西侯馬 043000）

本單位是一家用鐵型覆砂工藝專業(yè)生產(chǎn)球墨鑄鐵鑄件的企業(yè)，主要產(chǎn)品有汽車發(fā)動機系列曲軸、載重車系列制動卡鉗、汽車空氣懸掛鑄件、汽車空壓機曲軸、汽車發(fā)動機平衡軸等。2015 年10 月，公司安排生產(chǎn)436 曲軸產(chǎn)品，在生產(chǎn)至第三班時，連續(xù)發(fā)生了兩整班1 664 支曲軸產(chǎn)品出現(xiàn)皮下氣孔的質(zhì)量事故，直接經(jīng)濟損失高達12 余萬元。這種氣孔除加工不可消除外，在非加工面也依稀可見，如圖1 所示。

圖1 產(chǎn)品缺陷圖

1 缺陷分析

質(zhì)量事故發(fā)生后，公司先安排停產(chǎn)并立即召集技術(shù)、質(zhì)量、生產(chǎn)等部門相關(guān)人員召開專題會，在會上成立了總經(jīng)理掛帥的攻關(guān)小組，并授權(quán)攻關(guān)小組要不計成本的在一周內(nèi)找到這次缺陷根本原因，一定要從根本上徹底解決問題，再恢復(fù)生產(chǎn)。攻關(guān)小組緊急召開缺陷問題診斷會議，在會議上大家對這種缺陷進行了分析，對缺陷形成的原因及影響因素進行了探討。通過皮下氣孔形成的機理，結(jié)合公司的生產(chǎn)工藝，攻關(guān)小組將可能形成這次缺陷的相關(guān)影響進行了排查。

1.1 原輔材料

對突發(fā)的質(zhì)量事故不排除原輔材料中存在影響因素，原輔材料的變化可能會直接影響鐵水特性的變化，特別是影響到鐵水表面張力的變化，理論表明含一定量N、O 等元素的鐵水液體表面張力較大，含一定量F、Si 等元素的鐵液表面張力最小，鐵水內(nèi)成分的變化可能造成鐵水表面張力的變化。鐵水表面張力大，外部氣體不易侵入鐵液，鐵水表面張力小，外部氣體則易侵入鐵液。所以要特別關(guān)注這兩班進行生產(chǎn)時原輔材料有沒有過變化。

1.2 鐵水溫度

鐵水溫度越高，鐵水的表面張力會越小，同時鑄型內(nèi)產(chǎn)生瞬間氣體的量會越多，這樣型內(nèi)氣體侵入鐵水中的幾率就會增大。

1.3 型砂發(fā)氣量

型砂質(zhì)量的變化，可能會導(dǎo)致型砂的發(fā)氣量增大，型內(nèi)氣體侵入鐵水中的幾率就會增大。

1.4 鐵型排氣

鐵型排氣性差，型內(nèi)氣體壓力就會增大，型內(nèi)氣體侵入鐵水中的幾率就會增大。

1.5 其他過程變化點

突發(fā)批量缺陷，生產(chǎn)過程中一定有一個變化點，沒有變化點不可能造成這樣的后果。

2 生產(chǎn)過程排查

生產(chǎn)分廠根據(jù)攻關(guān)小組的部署對影響因素組織進行了逐一排查。

2.1 原輔材料的排查

與前兩班相比較，原輔材料均沒有更換過供應(yīng)商與批次；查鐵水配料與碳當(dāng)量都符合工藝要求，碳、硅、錳、磷、硫等五大成分，也均沒有偏離工藝要求；通過查光譜分析數(shù)據(jù)，各微量元素也沒有明顯變化。顯然原輔材料與鐵水成分不是這次缺陷產(chǎn)生的影響因素；

2.2 鐵水澆注溫度

鐵水溫度以及澆注溫度都符合工藝要求，與前兩班相比較，也沒有明顯的偏差。

2.3 樹脂砂質(zhì)量

經(jīng)對樹脂砂原輔材料與生產(chǎn)過程的排查，與前兩班用樹脂砂相比較，配方?jīng)]有變化，從樹脂砂各材料配比記錄看也沒有絲毫變動，樹脂砂也被排除。

2.4 鐵型狀態(tài)

在生產(chǎn)期間對驘型、型板沒有進行過任何修繕活動，沒有絲毫影響鐵型排氣的癥狀存在。

2.5 生產(chǎn)過程記錄

從生產(chǎn)記錄上看沒有發(fā)生任何過程異常，向造型工序、合箱工序、澆注工序等相關(guān)工序操作工調(diào)查也沒有感到有任何過程異常發(fā)生；從產(chǎn)品金相看石墨球數(shù)與大小也滿足要求；生產(chǎn)過程也沒有異常點。

通過分析，認為造成皮下氣孔的原因有兩種可能：1）鐵水溫度偏高；2）樹脂砂問題。

3 皮下氣孔缺陷驗證

3.1 澆注溫度驗證

一部分人認為鐵水溫度高是造成缺陷的首要因素，雖然記錄體現(xiàn)的不高，懷疑測溫槍是否有問題，于是采取了更換測溫槍、測溫槍交叉實驗等措施，結(jié)果沒有效果。進行降低鐵水溫度試驗，在原工藝上除把鐵水出爐溫度逐次降低10 ℃，其他工藝項次不變，鐵水出爐溫度由以前的1 540 ℃逐次降至1 500 ℃，結(jié)果因鐵水溫度降低產(chǎn)品出現(xiàn)了夾渣，但皮下氣孔缺陷沒有絲毫改觀。

3.2 樹脂砂問題驗證

公司鐵型覆砂工藝用的是熱固性樹脂砂，所用有機粘結(jié)劑的固化催化劑烏洛托品［（CH2）6N4］極易造成氫氮混合皮下氣孔。產(chǎn)生的原因是由于在鐵水澆注后烏洛托品在高溫下極易分解出NH3，NH3又繼續(xù)分解成N2、H2，即2NH3=N2+3H3，這種氣孔又小又圓，在鑄件表皮下成簇，有的孔封閉，有的孔開口，與公司產(chǎn)品上產(chǎn)生的皮下氣孔極其吻合，而烏洛托品也正好是公司用的酚醛樹脂砂固化劑。

經(jīng)分析討論，認為這種皮下氣孔應(yīng)屬于一種侵入性氣孔，非析出性氣孔，決定在樹脂砂上想辦法。公司專門有個獨立經(jīng)營的樹脂砂分廠，進行廢砂回收與覆膜砂生產(chǎn)，先安排專人去樹脂砂分廠全程跟蹤樹脂砂當(dāng)前工藝加工情況，專做一斗樹脂砂用于生產(chǎn)進行驗證，結(jié)果產(chǎn)品出來后沒有一支出現(xiàn)皮下氣孔，再重復(fù)進行樹脂砂小批量加工和產(chǎn)品小批量生產(chǎn)，沒有出現(xiàn)皮下氣孔，正常生產(chǎn)投入再沒有皮下氣孔出現(xiàn)。

4 查找缺陷根本原因

根據(jù)以上情況，經(jīng)分析做出結(jié)論，導(dǎo)致本批皮下氣孔缺陷的因素在樹脂砂上。樹脂砂分廠立即先隔離所有庫存及已輸出到生產(chǎn)單位的樹脂砂，嚴格按工藝生產(chǎn)樹脂砂，去查出導(dǎo)致那批問題樹脂砂的原因。

查那批產(chǎn)品用樹脂砂的相關(guān)記錄，記錄都沒有問題，而且近半個月相關(guān)材料都沒有批次更換?？紤]到有可能是操作工的問題，于是查了當(dāng)時的出庫記錄，經(jīng)匯總結(jié)果發(fā)現(xiàn)烏洛托品出的多，但是使用記錄記的少，出庫量比記錄使用量多出23%，發(fā)現(xiàn)這一詳情后，在樹脂砂中按照出庫量加入烏洛托品用于生產(chǎn)，結(jié)果出現(xiàn)了皮下氣孔。

5 制定措施

經(jīng)批量生產(chǎn)驗證，樹脂砂廠混砂操作工違犯混砂工藝，作業(yè)記錄造假，烏洛托品用量過多是本次批量產(chǎn)品皮下氣孔質(zhì)量問題的根本原因，為此公司制定了以下措施：

1）控制烏洛托品用量：技術(shù)部在作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上規(guī)定烏洛托品用量不允許超出樹脂量的15%；

2）嚴格執(zhí)行工藝：在公司范圍內(nèi)開展嚴查工藝執(zhí)行情況的活動，提高所有相關(guān)工作人員嚴格按作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的意識，明確工藝紅線，制定重罰考核制度；

3）過程查找變化點規(guī)定：在查過程變化點時，對所有原輔材料要全方位進行核查，一要查材料入庫批號與生產(chǎn)實際使用記錄批號是否相符，二要查出材料庫量與實際使用記錄量是否相符。

6 鐵型溫度影響

2016 年元月，公司又安排生產(chǎn)436 曲軸產(chǎn)品，生產(chǎn)了一個班832 支，又發(fā)現(xiàn)有小范圍皮下氣孔產(chǎn)品85 支，比例高達10.2%，經(jīng)對問題產(chǎn)品包號（公司用的澆注鐵水包是一噸鐵水包，一包鐵水澆注的產(chǎn)品為一包）進行追溯，鎖定在第三包、第四包兩包產(chǎn)品上，經(jīng)排查這兩包的產(chǎn)品生產(chǎn)過程，并與后續(xù)生產(chǎn)過程進行對比，發(fā)現(xiàn)了一個大的非受控點，這兩包鐵型溫度比作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求的最低溫度低了將近60 ℃～100 ℃（工藝要求200 ℃～280 ℃，實際為110 ℃～170 ℃），這是因為冬天天冷導(dǎo)致的生產(chǎn)環(huán)境溫度低而影響到驘型溫度低的緣故，經(jīng)對鐵型外加熱到工藝溫度后使用，皮下氣孔消失，再使用溫度低的鐵型進行生產(chǎn)，皮下氣孔出現(xiàn)。由于以前有個別小范圍的皮下氣孔沒有當(dāng)缺陷對待，這個因素直到現(xiàn)在才被充分識別到。

經(jīng)分析，鐵型溫度低，造成造好型的砂子固化不充分，有大量生砂存在，澆注時導(dǎo)致型內(nèi)砂的發(fā)氣量就會增大，型內(nèi)氣體量大攻入鐵水中形成皮下氣孔的幾率就增大，所以鐵型溫度低是造成皮下氣孔缺陷發(fā)生的一個影響因素。

對于鐵型溫度低這個風(fēng)險點，采取了對鐵型進行預(yù)加熱處理的措施，確保正常生產(chǎn)中的驘型溫度均滿足工藝要求，即使在更冷的天氣環(huán)境下也沒有皮下氣孔出現(xiàn)。

7 結(jié)語

通過此次皮下氣孔質(zhì)量問題的解決，找到了導(dǎo)致此缺陷發(fā)生的根本原因和影響因素，因此嚴格規(guī)定了原輔材料用量的比例，采取了鐵型進行預(yù)加熱處理的措施，并制定了相關(guān)考核制度。自此公司經(jīng)歷的用鐵型覆砂工藝生產(chǎn)產(chǎn)品皮下氣孔缺陷得以圓滿解決與控制，至今再沒有發(fā)生一起批量產(chǎn)品皮下氣孔質(zhì)量事件。